Part 01 前言

LDO中文名叫低壓(ya)(ya)差線性穩(wen)壓(ya)(ya)器(qi)，它的(de)核心原理是(shi)將(jiang)輸(shu)入和(he)輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)差中“多余”的(de)功(gong)率轉化(hua)為(wei)熱量散失，從而穩(wen)定輸(shu)出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)。聽(ting)起(qi)來像是(shi)“燒(shao)電(dian)(dian)大戶”，但在電(dian)(dian)池供(gong)電(dian)(dian)或低壓(ya)(ya)差場景(jing)中，它卻(que)是(shi)不可或缺(que)的(de)“省電(dian)(dian)小能(neng)手”。那LDO是(shi)如何將(jiang)輸入和輸出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)差中“多余”的(de)功率(lv)轉(zhuan)化為熱量散失，從(cong)而穩定輸出(chu)電(dian)(dian)壓(ya)的(de)呢(ni)？LDO的(de)內(nei)部到底(di)是NPN？PNP？PMOS？又或者是NMOS呢(ni)？

Part 02 LDO的原理

LDO的(de)功耗來源于輸(shu)入輸(shu)出電壓差和輸(shu)出電流：

Vin:輸入(ru)電壓(ya)

Vout:輸出電(dian)壓(ya)

Iout:輸出(chu)電流

這部分功率沒(mei)用(yong)在負載上(shang)，全被LDO內部的功率晶體管“燒(shao)"成熱(re)量散掉了(le)。比如(ru)Vin = 5V、Vout = 3.3V、Iout = 100mA:

0.17W的熱(re)量得(de)靠散(san)熱(re)設(she)計帶走，不然LDO就“原地紅溫”，觸發保護關機了。

那(nei)么(me)問題來了(le)，這(zhe)個LDO內(nei)部的(de)功率晶(jing)體管到底(di)是NPN？PNP？PMOS？又或者是NMOS呢？

Part 03 LDO內部的功率晶體管是什么？

事實上，LDO內部的功率晶(jing)體管用NPN，PNP，PMOS，NMOS的(de)都(dou)有，各(ge)有各(ge)的(de)優缺點，接下來就說(shuo)說(shuo)區(qu)別是什么。功率(lv)晶(jing)體(ti)(ti)管無論(lun)是用(yong)NPN晶(jing)體(ti)(ti)管還(huan)是用(yong)PNP晶(jing)體(ti)(ti)管，其導(dao)通壓差相(xiang)比PMOS，NMOS都會更(geng)高，壓差高意味著什么呢？比(bi)(bi)如目標輸(shu)(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)(ya)是3.3V，如果壓(ya)(ya)差電(dian)壓(ya)(ya)是2V，則Vin至少得(de)是5.3V，輸(shu)(shu)(shu)出才能可靠的輸(shu)(shu)(shu)出3.3V，低溫的時候(hou)會更嚴重，這對(dui)于輸(shu)(shu)(shu)入電(dian)壓(ya)(ya)和輸(shu)(shu)(shu)出電(dian)壓(ya)(ya)比(bi)(bi)較(jiao)接近(jin)的應用(yong)來說就沒法用(yong)了。

如(ru)果用PMOS管(guan)，漏-源阻抗低(di)，壓差極(ji)低(di)，因為壓差取決于RDS(on)和電流(liu)。比如(ru)PMOS的RDS(on) = 1Ω, Iout = 100 mA, 壓差:

目(mu)標(biao)輸出3.3V，Vin至少用3.4V即可，完美契合低壓差需求的應用。如果用NMOS管，柵極(ji)就需(xu)要通過電荷泵建立偏(pian)置電壓(ya)。PMOS柵極(ji)電壓(ya)是(shi)低驅，所以(yi)(yi)不需(xu)要，所以(yi)(yi)PMOS的(de)驅動(dong)電路(lu)會比較簡潔，但(dan)是(shi)NMOS的(de)內阻可以(yi)(yi)做(zuo)的(de)更小，通流能(neng)力會更強(qiang)。以下(xia)圖為例我(wo)們講一下(xia)LDO的基(ji)本原理：

上(shang)面的(de)電(dian)路圖顯示了一(yi)個典型的(de)LDO結(jie)構(gou)：

輸入(ru)Vin和(he)一個P溝道(dao)MOSFET，源極接(jie)Vin，漏(lou)極D接(jie)負載，柵極G由運放(fang)控制。運放(fang)的正輸入(ru)接(jie)參考電壓VREF，負輸入(ru)通過分(fen)壓電阻R1和(he)R2采樣(yang)Vout，輸出控制MOSFET柵極。

輸(shu)出(chu)公式：Vout =VREF ×（1+ R1／R2），這(zhe)就(jiu)是目標輸(shu)出(chu)電壓。

當(dang)Vout偏低，比(bi)如負載電流增大或Vin下(xia)降，運放會嘗試調節MOSFET的導通狀態，維持Vout恒定。但壓(ya)差電壓(ya)從何而來呢？

當Vout低于(yu)目標值，比如Vout

理(li)想(xiang)情(qing)(qing)況(kuang)下(xia)運放輸(shu)出Vg可(ke)以無限(xian)(xian)變負，Vgs無限(xian)(xian)增大(da)，MOSFET的漏源(yuan)電(dian)阻Rds趨近0，壓差(cha)Vin－Vout 理(li)論上(shang)可(ke)以無限(xian)(xian)小。但是現(xian)實情(qing)(qing)況(kuang)是運放輸(shu)出電(dian)壓不(bu)是無限(xian)(xian)的，有(you)最低值（通(tong)常(chang)接近GND 或負電(dian)源(yuan)）。當Vg達(da)到這個極限(xian)(xian)時，Vgs 不(bu)再增大(da)，Rds不(bu)再減小，此時Vin －Vout就(jiu)是壓差(cha)電(dian)壓。